專利名稱：高功率激光截止器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種截止器，尤其涉及一種能夠完成高功率激光的截止吸收的高功率激光截止器。
背景技術(shù)：
在激光測量系統(tǒng)中，由于入射激光的功率很大，能量也很大，而后續(xù)激光測量系統(tǒng)中探測器所需的能量非常小，因此為適應(yīng)探測器的響應(yīng)范圍，在探測器之前需要將入射激光進行衰減，對于衰減掉的激光如果任由其在測量系統(tǒng)內(nèi)進行傳輸，必然會給測量系統(tǒng)帶來噪聲，對測量系統(tǒng)的信號產(chǎn)生干擾，并且這種剩余激光形成的會聚點一旦入射到系統(tǒng)內(nèi)部的光學(xué)元件或者探測器上，就會對其造成破壞，為避免上述存在的問題，對衰減掉的激光 就需要進行截止吸收處理。一般使用的截止器為平板吸收玻璃，光束入射到平板吸收玻璃上之后，根據(jù)平板吸收玻璃厚度不同以及激光波長不同，其對應(yīng)的激光吸收強度也會不同，但是平板吸收玻璃即便鍍上增透膜，其表面仍有0. 5%的反射率，這對于高功率、大能量的激光束，其表面反射量還是非?？捎^的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的激光測量系統(tǒng)在衰減后激光能量不能有效截止吸收的問題，本發(fā)明提供了一種能夠使入射激光進行大倍率衰減、極大地對激光進行截止吸收、有效避免系統(tǒng)中出現(xiàn)雜散光和噪聲干擾、提高系統(tǒng)精度以及降低使用風(fēng)險的高功率激光截止器。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種高功率激光截止器，其特殊之處在于所述高功率激光截止器包括梯形棱柱以及罩接于梯形棱柱外部的平行平板。上述梯形棱柱是直角梯形棱柱。上述梯形棱柱是一組或多組，如果是多組時，本發(fā)明所提供的高功率激光截止器分以下兩種情況第一種情況上述梯形棱柱是多組時，所述多組梯形棱柱至少包括第一梯形棱柱以及第二梯形棱柱；所述第一梯形棱柱的下底面與第二梯形棱柱的上底面疊加，其余梯形棱柱按照第一梯形棱柱及第二梯形棱柱排列方式進行排列。上述第一梯形棱柱以及第二梯形棱柱的形狀是完全相同的。第二種情況上述梯形棱柱是多組時，所述多組梯形棱柱至少包括第一梯形棱柱、第二梯形棱柱、第三梯形棱柱以及第四梯形棱柱；所述第一梯形棱柱的下底面與第二梯形棱柱的上底面疊加；所述第三梯形棱柱的下底面與第四梯形棱柱的上底面疊加；所述第二梯形棱柱的下底面與第四梯形棱柱的下底面疊加，第一梯形棱柱上表面所加梯形棱柱按照第一梯形棱柱及第二梯形棱柱排列方式進行排列，第四梯形棱柱下底面所加梯形棱柱排列方式與上述方式相同。
上述第一梯形棱柱、第二梯形棱柱、第三梯形棱柱以及第四梯形棱柱的形狀是完全相同的。上述平行平板是平板吸收玻璃。本發(fā)明的有益效果是能夠使入射激光進行大倍率衰減，極大地對激光進行截止吸收，有效的避免系統(tǒng)中出現(xiàn)雜散光、噪聲干擾等問題，提高了系統(tǒng)的精度，降低了使用風(fēng)險。目前激光測量系統(tǒng)中，衰減后激光能量不能有效截止吸收的問題，本發(fā)明提供一種激光截止器，能夠使入射激光進行大倍率衰減，極大地對激光進行截止吸收，有效的避免系統(tǒng)中出現(xiàn)雜散光、噪聲干擾等問題，提高了系統(tǒng)的精度，降低了使用風(fēng)險。



圖I是本發(fā)明所采用的梯形棱柱截面示意圖；圖2是本發(fā)明所采用的平行平板外形圖；圖3是本發(fā)明所提供截止器的實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是入射光束作用于本發(fā)明中的光路行進原理圖；圖5是光束作用于本發(fā)明中所產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)的臨界圖狀態(tài)示意圖；圖6是出射光束作用于本發(fā)明中的光路行進原理圖。
具體實施例方式參見圖I、圖2以及圖3，本發(fā)明所提供的高功率激光截止器是由多塊頂角為Θ的梯形棱柱截面(如圖I)和平行平板(如圖2)按照圖3所示的方式進行排布組成，具體的計算步驟如下。平行平板罩接在梯形棱柱外部，尤其是光路入射處，平行平板就是現(xiàn)有技術(shù)中常用的各種平板吸收玻璃；梯形棱柱可以是任何一種梯形棱柱，在其理論上完全可以，但直角梯形棱柱的使用效果是顯著的，該梯形棱柱是一組或多組；如果是多組時，第一種實現(xiàn)方式多組梯形棱柱至少包括形狀完全相同的第一梯形棱柱以及第二梯形棱柱；第一梯形棱柱的下底面與第二梯形棱柱的上底面疊加；其余梯形棱柱按照第一梯形棱柱及第二梯形棱柱排列方式進行排列。作為另一種實施方式，梯形棱柱的排列還可以采用如圖3所示的方法，該方式的排列中的梯形棱柱至少包括形狀完全相同的第一梯形棱柱、第二梯形棱柱、第三梯形棱柱以及第四梯形棱柱；第一梯形棱柱的下底面與第二梯形棱柱的上底面疊加；第三梯形棱柱的下底面與第四梯形棱柱的上底面疊加；第二梯形棱柱的下底面與第四梯形棱柱的下底面疊加，第一梯形棱柱上表面所加梯形棱柱按照第一梯形棱柱及第二梯形棱柱排列方式進行排列，第四梯形棱柱下底面所加梯形棱柱排列方式與上述方式相同。如圖4、圖5以及圖6所示，假設(shè)梯形棱柱截面的角度為Θ，根據(jù)Θ以及光束入射
角度的不同，入射光束與梯形棱柱反射面會有多個不同的交點，分別記為01、02.....0m，交
點對應(yīng)的入射光束與梯形棱柱反射面法線的夾角分別為α 10、α 20.....a m0，當(dāng)交點次數(shù)
m滿足臨界條件關(guān)系式時，入射光線將會向光劈入口 AC方向反射(即向外出射)，假設(shè)出射
光線與梯形棱柱反射面會有多個不同的交點，分別即為P1、P2.....Pn，交點對應(yīng)的出射光
束與梯形棱柱反射面法線的夾角分別為β 10、β 20.....βπιΟ，則根據(jù)幾何關(guān)系以及光線的
反射定律可以進行計算分析得到如下的幾組公式。
I、入射光束與梯形棱柱反射面法線的夾角如圖4所示，平行光束平行于梯形截面的AB方向入射到光束截止器，經(jīng)過各反射面的多次反射后根據(jù)幾何關(guān)系可以得到入射光束與梯形棱柱反射面法線的夾角第一個交點a10 = 90。- 0 ;第二個交點a20 = 90。- Z A0201 = 90。_(Z ABC+ Z 0201B) =90。-2 0;第三個交點a30 = 90。- Z 020301 = 90。_(Z ABC+ Z 0203B) =90。-3 0 ；…第m 個交點amO = 90。10。(I) 2、臨界條件關(guān)系式推導(dǎo)如圖5所示，入射光束從介質(zhì)的第m個點(即Om點)反射后入射到介質(zhì)的第m+1個點上，記為P點，當(dāng)OmP丄AB時，入射光束會沿著原光路返回，即入射光束會在P點變?yōu)槌錾涔馐?相對于截止器)，P點即為入射光束變?yōu)槌錾涔馐呐R界點。根據(jù)幾何關(guān)系可得至Ij，在入射方向上第m-1 個交點a (m_l)0 = 90。-(m_l) 0。第m 個交點amO = 90。10。a ml = a mO = 90。- /L POmB =Z ABC,即90。-m 0 = 0，可以得到0 = 90。/(m+1)(2)此式即為光線翻轉(zhuǎn)臨界條件，當(dāng)CimK 0時，光線將產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)。根據(jù)實際需要的m值即可得到梯形棱柱截面的夾角0，從而確定截止器的參數(shù)，在實際設(shè)計過程中盡量避開ami = 0的狀態(tài)，此時從截止器出射的光束會沿原光路返回造成系統(tǒng)的噪聲。當(dāng)已知臨界角9計算入射光束與介質(zhì)的交點個數(shù)m時，若m為非整數(shù)，則m = mO+1 (其中mO為m取整數(shù)后的值)。3、出射光束與梯形棱柱反射面法線的夾角如圖6所示，當(dāng)amK 0時，光線將產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，假設(shè)光線翻轉(zhuǎn)后與介質(zhì)的交點分
別記為PU P2、P3.....Pn，則根據(jù)幾何關(guān)系可得到出射光束與梯形棱柱反射面法線的夾
角第一個交點@10 = 90。-Z OmPlB = 90。-[(180。-( Z PlOmB+Z ABP1)]=(Z PlOmB+ Z AB Pl)_90 ° = [(90 ° -ami)+ Z AB Pl]_90 ° ={[90。-(90。-m0)]+ZABPl}-9O° = (m+1) 0-90。；第二個交點e20 = 90。-z P1P2B = 90。_(Z CP1P2- Z ABPI)=90。-[(90。10)-0 ] = @ 10+0 = (m+2) 0-90。；第三個交點@30 = ￠20+0 = (m+3) 0-90° ；…第n 個交點@ nO = ^ (n_l) 0+0= (m+n) 0 -90°。(3)而當(dāng)P n0 = 90° - 0時，從Pn點反射的光線將會平行于斜面BC出射，從而不會
再與介質(zhì)產(chǎn)生交點，可解得0 =180。/(m+n+1)(4)同理,當(dāng)已知臨界角Q、入射光線的交點m計算入射光束與介質(zhì)的交點個數(shù)n時，若n為非整數(shù)，則n = nO+1 (其中nO為n取整數(shù)后的值)。
將計算出的每一個交點的角度帶入菲涅爾取樣公式計算元件的表面取樣率，然后將各交點的取樣率相乘即可得到截止器的衰減倍率。在高功率激光截止器的實際設(shè)計中，綜合考慮光束口徑的大小、光束的能量、光束的菲涅爾取樣率等因素，選定合適的光束吸收器。具體計算步驟為I)假定梯形棱柱截面的角度Θ為已知，按照臨界角公式(2)求出即可求出m、n的值；2)按照臨界角公式(4)求出即可求出η的值；3)按照公式(I)、(3)求出夾角α、β ;
4)將夾角α、β帶入菲涅爾取樣率計算公式得到每個交點的取樣率；5)最后將各點的取樣率相乘得到截止器的整個衰減倍率?；蛘呓o定m的值然后按照臨界公式(2)求出梯形棱柱截面的角度為Θ值，重復(fù)步驟2)到步驟5)。
權(quán)利要求
1.一種高功率激光截止器，其特征在于所述高功率激光截止器包括梯形棱柱以及罩接于梯形棱柱外部的平行平板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率激光截止器，其特征在于所述梯形棱柱是直角梯形棱柱。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高功率激光截止器，其特征在于所述梯形棱柱是一組或多組。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率激光截止器，其特征在于所述梯形棱柱是多組時，所述多組梯形棱柱至少包括第一梯形棱柱以及第二梯形棱柱；所述第一梯形棱柱的下底面與第二梯形棱柱的上底面疊加。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高功率激光截止器，其特征在于所述第一梯形棱柱以及第二梯形棱柱的形狀是完全相同的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率激光截止器，其特征在于所述梯形棱柱是多組時，所述多組梯形棱柱至少包括第一梯形棱柱、第二梯形棱柱、第三梯形棱柱以及第四梯形棱柱；所述第一梯形棱柱的下底面與第二梯形棱柱的上底面疊加；所述第三梯形棱柱的下底面與第四梯形棱柱的上底面疊加；所述第二梯形棱柱的下底面與第四梯形棱柱的下底面疊加。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高功率激光截止器，其特征在于所述第一梯形棱柱、第二梯形棱柱、第三梯形棱柱以及第四梯形棱柱的形狀是完全相同的。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率激光截止器，其特征在于所述平行平板是平板吸收玻璃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高功率激光截止器，該高功率激光截止器包括梯形棱柱以及罩接于梯形棱柱外部的平行平板。本發(fā)明提供了一種能夠使入射激光進行大倍率衰減、極大地對激光進行截止吸收、有效避免系統(tǒng)中出現(xiàn)雜散光和噪聲干擾、提高系統(tǒng)精度以及降低使用風(fēng)險的高功率激光截止器。
文檔編號G02B7/18GK102636875SQ20121013303
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者張彭舜, 李紅光, 董曉娜, 達爭尚 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所